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温泉的水色是多种多样的。有无色透明、乳白色、灰色、黑色、茶色、红色、蓝色、绿色等多种颜色。此外,即使是同一个温泉,也有颜色因日而异的例子。为什么温泉会有各种颜色呢?
本应无色透明的水,在河流深处看起来是绿色的,从海边眺望海洋时看起来是蓝色的,水的颜色是由于太阳光的吸收和散射等现象而产生的。
温泉的颜色基本上也是由这样的机制所涉及的,温泉中所含的离子和其他物质吸收光而呈现颜色,或者由于存在非常小的胶体粒子而散射光呈现颜色。此外,由于较大的含有物质(如火山泥)或沉淀物(所谓的温泉花)的悬浮而产生颜色(浑浊)。
太阳光中,我们的眼睛能看到的是波长在380nm~780nm之间的可见光。
在可见光中,波长较短的看起来是紫色到蓝色,波长较长的看起来是红色。当所有波长的光以相同的强度混合时,看起来是白色。如果温泉中只有散射蓝色波长光的粒子存在,其他长波长的光会透过,只有蓝色波长的光被散射(瑞利散射),进入我们的眼睛。如果温泉中存在散射所有波长光的大粒子,所有波长的光都会被散射(米氏散射),看起来是白色。
此外,如果温泉中吸收特定颜色的光,温泉会呈现剩余光混合的颜色。
乳白色的温泉,大多数刚从地下涌出时是无色透明的。涌出后,与空气接触而变为乳白色。这是因为温泉中所含的硫化氢被空气中的氧气氧化,生成不溶于水的硫,以硫胶体的微粒形式出现,结果太阳光被硫胶体的微粒引起米氏散射,所有波长的光被散射进入我们的眼睛,因此看起来是白色。
从硫化氢生成固体硫的化学反应式如下。
乳白色的温泉,在浴池的水被更换为新水(源泉)刚注入时,有时并不完全白浊。
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有时变为乳白色的平汤温泉“平汤之森” | 乳白色的温泉(秋田县乳头温泉) |
关于含有大量硅酸的几种蓝色温泉,京都大学的大泽博士等研究小组揭示了呈现蓝色的机制。
研究小组调查的蓝色温泉,刚涌出时是无色透明的,2~3天后变为蓝色,大约一周后变为乳白色。
硅酸的小粒子随着时间的推移发生脱水缩合反应而成长,太阳光只散射波长较短的蓝色光,发生瑞利散射,散射进入我们眼中的蓝色波长光使温泉看起来是蓝色。经过一段时间后,硅酸粒子进一步脱水缩合成长,太阳光发生米氏散射,所有波长的光被散射,进入我们眼中的白光使温泉看起来是乳白色。
此外,还有一些呈现蓝色的温泉,但其发色机制尚不清楚。
蓝色的温泉(大分县别府一之出温泉)
大多数呈茶色浑浊的温泉是含铁泉。刚从地下涌出时是无色透明的,但温泉涌出地面后,与空气中的氧气接触,溶解为离子的铁被氧化,产生茶色沉淀物。由于这种沉淀物(析出物)的悬浮而变为茶色浑浊。
温泉中含有铁的情况并不少见,因此即使是少量的铁也会因氧化而变为茶色。因此,全国有许多温泉呈现淡淡的茶褐色。
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茶色的温泉(下吕市下岛温泉) | 茶色的温泉(岐阜市三田洞神佛温泉) |
在东京周边常见的被称为“黑汤”的黑色温泉,是从含有古代腐植质的地层中采集的,含有腐植质起源的腐殖酸。腐殖酸是植物被微生物分解后形成的最终产物,是一种在土壤中溶于碱而沉淀于酸的有机物。
温泉中含有腐殖酸时,由于腐殖酸吸收可见光线而呈现黑色。
在北海道的十胜地区,有一种被称为“泥炭泉”的透明黑褐色温泉。“泥炭”来源于德语的Moor(泥炭土),这种温泉与东京周边的黑汤一样,由于温泉中含有腐殖酸吸收光线而产生。
此外,在硫化氢型的硫磺泉中,温泉水中的硫化氢与铁结合,析出黑色的硫化铁,作为“温泉花”或沉淀物混入温泉中,产生黑色的悬浮。栃木县的盐原元汤温泉的“墨汤”等是其例子。同样,在长野县的五色温泉、宫城县的川渡温泉、和歌山县的胜浦温泉等许多温泉中,黑色的“温泉花”的生成是已知的,当“温泉花”的量多或浴池被搅拌时,温泉看起来是灰色的。
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黑色的温泉(东京都麻布十番温泉) | 黑色的温泉(栃木县盐原元汤温泉) |
岩手县的国见温泉和长野县的熊之汤温泉等,温泉呈现鲜艳的绿色。这种温泉呈现绿色的机制尚不清楚,但作为共同点指出的是中性且硫化氢含量高(将在第17话中刊登新见解)。
此外,温泉中存在的如小球藻等藻类(微生物)在阳光下繁殖,温泉看起来是绿色的。
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绿色的温泉(岩手县国见温泉) | 绿色的温泉(长野县熊之汤温泉) |
如在乳白色温泉和蓝色温泉中提到的,温泉的颜色并不总是固定的。已知有因新鲜源泉注入后的时间推移、天气、降水等地下水位变化而导致温泉颜色变化的例子。甚至有在地震发生后颜色变化的例子被报告。
和歌山县的汤之峰温泉的公共浴场“壶汤”是一个有颜色变化传说的温泉,目前也能观察到乳白色到乳蓝色等颜色变化。
在“壶汤”的情况下,浴池中直接涌出源泉,地中不稳定状态下存在的温泉水,一旦出现在地表,在地表环境下化学变化趋于稳定化,光的散射状态发生变化,结果颜色变化。
随着时间推移颜色变化的温泉,几乎都是直接或立即注入浴池的新鲜源泉,特别是在浴池底部直接涌出源泉的温泉中多见。
长野县的五色温泉也因颜色变化而闻名,已知温泉旁流动的河水水位变化也会导致温泉颜色变化。
和歌山县的云取温泉在2004年发生的纪伊半岛海域地震后,温泉的颜色变得更浓(变为乳白色),在报纸上被大肆报道。
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颜色变化的温泉(和歌山县汤之峰温泉) | 颜色变化的温泉(长野县五色温泉) |